变质岩区隧道开挖作用下围岩应力场变化 及其稳定性分析

结合广乐高速公路长基岭隧道施工工程,利用有限差分软件flac3d对2条隧道之间岩体中含有溶洞情况下的隧道围岩稳定性进行数值模拟研究。结果表明:隧道开挖后,隧道围岩分别向隧道内和溶洞内变形,且变形幅度随着溶洞尺寸的增大普遍变大;隧道围岩塑性区分布位置和范围随着溶洞尺寸的不同出现明显的变化;隧道底部围岩由于拉应力的出现可能使围岩产生过大的变形和岩体破坏,对其稳定性要给予特别的重视。所得结论可为同类隧道的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。

考虑中南地区红层工程性质的区域差异性及大跨度隧道围岩稳定性的敏感性,对红层进行矿物及化学成分分析;基于红层的性质及大跨度隧道的特点,采用交叉中隔法(crd)进行开挖与支护,经数值仿真及监测数据分析,隧道围岩稳定性满足要求。

隧道围岩稳定性分析及其控制

大跨度小净距隧道开挖对岩土体扰动较大,其开挖过程的稳定性问题一直是人们关注的焦点之一.以大帽山隧道为研究对象,选择v级围岩采取crd法开挖为研究目标,运用flac软件对隧道开挖全过程进行数值分析,结果表明新建隧道采取crd法开挖围岩竖向应变大于水平方向,有利于减小围岩扰动程度并充分发挥自身稳定性,拱腰和拱底围岩应力释放较大,开挖过程中应加强支护刚度,研究成果可为施工过程中有效控制围岩应力、应变提供借鉴.

结合工程实例,基于块体的失稳条件和层状岩体的破坏条件,分析不同地质构造形态岩层下,隧洞开挖过程中围岩的稳定性。并根据洞室围岩产状与开挖几何边界的关系,提出围岩易破坏点的位置确定方法。最后,通过对工程实例中围岩塌方的统计,分析塌方围岩原因,进一步验证层状岩体中围岩的稳定性评价。

地下洞室围岩稳定性分析——一、无压洞室围岩重分布应力计算　　如果洞室半径相对洞长很小，按平面应变问题考虑，概化为受均布压力的薄板中心小圆孔周边应力分布…………　　2塑性围岩重分布应力　　地下开挖后，洞壁的应力集中最大,当它超过围岩屈服极限...

采用室内试验研究手段获得隧道围岩力学特性,以mohr-coulomb弹塑性模型及应变软化模型为基础,采用flac3d数值模拟软件,构建三维数值模型,计算深埋隧道围岩特征曲线及纵剖面变形曲线,并对隧道围岩及支护结构安全性进行评价。结果表明:采用弹塑性模型计算所得的隧道围岩安全系数低于应变软化模型所得的安全系数,表明采用弹塑性模型进行支护结构设计时,支护结构安全性较低,设计中可能会增加支护材料费用,而考虑应变软化条件下的围岩安全系数更加接近于工程实际;采用极限应变值或支护结构极限承载压力所获得的围岩—支护系统安全系数较为接近,说明两种方法的差异较小,均可用于隧道围岩支护结构优化设计,采用收敛—约束法计算隧道安全稳定性更加直观,对工程实际具有一定指导作用。

随着公路隧道的建设越来越多,隧道在修建过程中地质灾害问题多种多样,其中围岩失稳问题尤其突出。通过对围岩稳定性分析预判,采用多种方法对破碎围岩隧道开挖与支护方案的合理性进行分析,从而指明未来隧道破碎围岩稳定性的发展方向。

以实际深埋软岩引水隧洞施工为背景,在对导致大变形的围岩压力性质认识和力学行为分析的基础上,结合室内实验、数值模拟手段、施工变形监测数据和围岩—衬砌接触压力现场试验,研究了隧洞开挖后洞周位移分布特征、围岩变形和支护受力随时间发展规律。研究结论表明:(1)大主应力方向为垂直方向的高地应力环境中,隧洞软岩大变形以挤压型变形为主;(2)开挖面和二衬对约束隧洞空间位移分布具有重要作用;(3)软弱围岩变形发展和支护受力具有明显的流变特性和时间效应,及时施加二衬能有效限制流变变形的发展。在研究基础上提出了一些施工中有益于控制围岩稳定性的建议。

为掌握地高地应力破碎围岩隧道支护形式与参数及施工方法,以天平铁路关山隧道为工程实例,结合现场对支护结构的应力量测,运用flac3d有限差分软件,对隧道支护结构应力、位移进行数值模拟研究,跟踪研究了支护结构竖向应力、水平应力、竖向位移、锚杆轴力等随着掌子面推进的变化规律,并对现场实测的支护结构随时间变化规律进行研究。结果表明:在掌子面距离监测支护2b范围以内时,支护结构应力增长较大,超过2b范围后,应力增长较小,表明支护结构是稳定的;数值模拟和现场实测规律基本一致,但其大小不尽相同,这是由于数值模拟忽略了节理、地下水等影响因素。

基于能量的角度,采用极限分析理论中的上限定理对软弱围岩下浅埋隧道的稳定性进行分析,得到了围岩压力的理论公式。研究表明：埋深、土体容重越大及黏聚力、内摩擦角越小,浅埋隧道的围岩压力越大,破坏范围也越大;当埋深较大、围岩较好时,浅埋隧道由于自稳能力有可能不会发生破坏,而对于比较差的围岩,在施工过程中应采取更为安全可靠的支护措施,以防止发生垮塌破坏。

以黎家湾隧道穿越围岩破碎段为研究背景,建立了有限元数值模型,采用数值分析方法研究了隧道开挖过程中的位移和初期支护的内力,计算结果表明开挖过程中隧道变形和支护内力满足设计要求,说明现场隧道开挖和支护方案可行,为类似工程施工设计提供参考。

基于能量的角度,采用极限分析理论中的上限定理对软弱围岩下浅埋隧道的稳定性进行分析,得到了围岩压力的理论公式。研究表明：埋深、土体容重越大及黏聚力、内摩擦角越小,浅埋隧道的围岩压力越大,破坏范围也越大;当埋深较大、围岩较好时,浅埋隧道由于自稳能力有可能不会发生破坏,而对于比较差的围岩,在施工过程中应采取更为安全可靠的支护措施,以防止发生垮塌破坏。

天然岩体在隧道开挖过程中会受到不同程度的扰动,在岩性较好的地层中,研究岩体在开挖过程中的围岩稳定性,对于隧道开挖有着重要的意义。本文以重庆至长沙公路水江至界石段南湖隧道工程为例,运用有限差分软件flac3d建立三维数值模型。分析岩体在开挖过程中无支护条件下围岩的自稳能力,着重分析洞室周边各关键点在开挖过程中的位移和应力的变化规律,为其他相类似的工程提供有益的理论依据。

通过曼歇2号隧道中导洞开挖中的地质素描和资料收集,依据掌子面和两壁出露的地质体的岩性、节理、岩体结构类型、地质构造特征等综合特征,沿其走向、倾向和倾角的延伸推断工作面短距离前方的地质情况,应用赤平投影分析法对正洞的围岩稳定性和边坡的变形破坏做出定性和定量分析,从而预测两侧正洞的地质情况,对连拱隧道上、下行线正洞的施工予以指导和控制,进而达到短期预报的目的。

隧道是修建在底层中的工程结构,在挖开地层并把隧道衬砌修建在地层内的过程中和以后,地层始终对隧道衬砌结构产生作用,本文在提出围岩稳定性基本判据的基础上,着重对公路隧道围岩稳定性进行了分析。

结合熊渡隧道的工程实践,通过拱顶沉降、锚杆应力的现场监控量测和数值计算工作,研究了复杂地质条件下岩溶隧道全断面爆破开挖时围岩的稳定性,研究结果表明,熊渡隧道ⅴ级围岩段的破碎带采用现有的施工工艺和支护参数是可行的,围岩变形可控,支护结构的支护效果显著,围岩基本稳定。

为保证雪山梁隧道隧道开挖过程中的施工安全,文中详细介绍了围岩变形监测方案与断面布设方法,并借助bp神经网络的超强非线性拟合能力,对断面k11+603的拱顶沉降位移和周边收敛位移实测值进行了回归分析。分析结果表明:bp神经网络预测模型能较好的拟合拱顶沉降位移和周边收敛位移实测值,可以作为围岩稳定性判定的依据。

通过建立有限元、离散元两种数值力学模型,开展开挖跨度对隧道围岩稳定性的影响规律研究。结果表明:在不考虑洞室形状影响的前提下,当围岩按连续介质假设,且开挖后仍处于弹性应力状态时,单纯增加隧道开挖跨度对围岩应力状态影响不大;但若开挖后进入弹塑性应力状态,则单纯加大开挖跨度会导致塑性区半径大幅度增加,影响围岩稳定。当围岩按非连续介质假定时,岩体失稳主要呈现节理面间剪切滑移。开挖跨度增大相当于隧道跨度与岩块的相对尺度增大,隧道关键块体失稳概率加大,对于相同产状节理岩体,关键块体出现部位相同;另一方面,跨度增大引起在隧道开挖的应力扰动区内遭遇节理的组数增加,组数越多,岩体越破碎,失稳概率越大,且失稳模式各有不同,增加了支护难度。

盾构隧道穿越溶洞密布的复杂环境时,不可避免的引起岩溶开挖区应力场突变,严重时造成溶洞坍塌、隧道突水突泥等工程灾害.采用有限元模拟方法,基于岩层破坏机理,分别针对溶洞数量不同及排列方式不同这两种重要因素,从隧道开挖引起的位移场、应力场和塑性区域三个方面分析岩溶隧道开挖所引起的围岩变化规律.结果表明:溶洞的存在使得隧道围岩最大主应力显著提高,围岩竖向位移随溶洞个数增加而增大,围岩周围土体的应力场、位移场、塑性区域均随着洞-隧之间不同的排列方式而呈现不同的变化规律.分析结果可为岩溶地区盾构隧道设计、施工以及运营提供理论及工程指导.

针对喀斯特地貌中平行于隧道走向分布的垂直型板状溶洞岩体,采用数值试验的方法对隧道开挖后的围岩稳定性进行分析,得出以下结论:1相对于无溶洞岩体,有板状溶洞岩体模拟在隧道开挖后围岩位移的最大值增大了24%;2无溶洞岩体在隧道开挖后围岩的应力场表现出中心对称分布状,有板状溶洞岩体在隧道开挖后,隧道围岩的应力分布呈非对称状态;3与无溶洞岩体相比,有板状溶洞岩体在隧道开挖后的最大压应力、最大拉应力分别增加了26%、228%;4无溶洞岩体隧道开挖后围岩未出现明显的屈服破坏区域,而有板状溶洞岩体在底板中心偏溶洞方向处出现了拉伸破坏区域。上述结论可为确保隧道稳定性而进行的岩溶处理工作提供参考。

对岩溶隧道围岩稳定性理论和分析方法的发展进行了梳理,并对当前该领域的研究现状和在工程实践中的应用进行了全面阐述,在此基础上分析了岩溶隧道围岩稳定性研究的主要发展方向,并总结了当前该领域研究中存在的一些问题,为今后的研究提供参考。